DE3011625C2

DE3011625C2 -

Info

Publication number: DE3011625C2
Application number: DE3011625A
Authority: DE
Inventors: Hirotami Tokio/Tokyo Jp Koike; Takashi Hino Tokio/Tokyo Jp Yanaka; Masaru Mitaka Tokio/Tokyo Jp Watanabe
Original assignee: ABT Ltd MUSASHINO TOKIO/TOKYO JP
Current assignee: ABT LTD., MUSASHINO, TOKIO/TOKYO, JP
Priority date: 1979-04-10
Filing date: 1980-03-26
Publication date: 1991-10-31
Also published as: GB2052843A; JPS55136446A; US4458151A; GB2052843B; JPS5938701B2; DE3011625A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abtastelektronenmikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit dem sowohl kleine als auch große Proben wechselweise beobachtet werden können.The invention relates to a scanning electron microscope according to the preamble of claim 1, with which both small as well as large samples can be observed alternately.

Im Gegensatz zu Durchstrahlungs-Elektronenmikroskopen ist es bei Abtastelektronenmikroskopen erforderlich, daß eine Probe über einen großen Bereich verschoben oder bewegt werden kann, damit die Gesamtoberfläche der Probe selbst dann beobachtet werden kann, wenn die Probe eine erhebliche Größe hat (z. B. einen Durchmesser von 10 cm und eine Dicke von 7,5 cm besitzt). Im folgenden werden unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 bekannte Abtastelektronenmikroskope genauer beschrieben.In contrast to transmission electron microscopes, scanning electron microscopes require that a sample can be moved or moved over a large area so that the entire surface of the sample can be observed even if the sample is of considerable size (e.g. a diameter of 10 cm and a thickness of 7.5 cm). Known scanning electron microscopes will be described in detail below with reference to Figs .

Zu dem oben angegebenen Zweck ist bei dem in Fig. 1 darge stellten Abtastelektronenmikroskop eine Probenbühne 1 hinter einer Objektivlinse 2 angeordnet, so daß eine Probe über eine große Strecke zweidimensional versetzt, in einem Bereich von 10° bis 90° gekippt und/oder über 360° gedreht werden kann. Die Möglichkeit der Bewegung der Probe über einen derart großen Bereich macht die Probenbühne jedoch nicht nur sehr anfällig gegen Vibrationen, sondern gibt auch Anlaß zu einer Drift der Probe aufgrund thermischer Expansion der Probenbühne bzw. des Probenträgers, eventuell verbunden mit einer Instabi lität des erzeugten Proben- bzw. Objektbildes. Wegen des großen Abstandes zwischen der Probe und der Objektivlinse 2 machen sich auch verschiedene Aberrationen bemerkbar. Das große Volumen der zur Aufnah me großer Proben geeigneten Probenkammer 3 macht es schwierig, ein hohes Vakuum innerhalb des Linsensystems aufrechtzuerhal ten, und führt außerdem zu weiteren Problemen, wie der Konta mination (z. B. Ablagerung von Kohlenstoff auf der Probenober fläche). Unter diesen Umständen bestehen erhebliche Schwierig keiten bei der Erzielung eines hohen Auflösungsvermögens. Um diesen Problemen zu begegnen, wurde in Kombination mit einem bekannten Durchstrahlungs-Elektronenmikroskop ein lösbar ange brachtes Gerät zum Einsetzen der Probe zwischen die Magnetpole der Objektivlinse des Mikroskops vorgeschlagen. Mit einer solchen Anordnung ist es jedoch unmöglich, Proben großen Volu mens zu beobachten. Mit anderen Worten, gerade die typische Eigenschaft des Abtastelektronenmikroskops geht verloren.For the above-mentioned purpose, a sample stage 1 is arranged behind an objective lens 2 in the scanning electron microscope shown in FIG ° can be rotated. The possibility of moving the sample over such a large area makes the sample stage not only very susceptible to vibrations, but also gives rise to a drift of the sample due to thermal expansion of the sample stage or the sample carrier, possibly connected with an instability of the generated samples - or object image. Because of the large distance between the sample and the objective lens 2 , various aberrations are also noticeable. The large volume of the sample chamber 3 suitable for receiving large samples makes it difficult to maintain a high vacuum within the lens system and also leads to other problems such as contamination (e.g. deposition of carbon on the sample surface). Under these circumstances, there are considerable difficulties in achieving high resolution. In order to counter these problems, a detachably attached device for inserting the sample between the magnetic poles of the objective lens of the microscope has been proposed in combination with a known transmission electron microscope. With such an arrangement, however, it is impossible to observe large volume samples. In other words, the typical characteristic of the scanning electron microscope is lost.

Ein in Fig. 2 gezeigtes bekanntes Abtastelektronenmikroskop der eingangs genannten Art ermöglicht die Beobachtung sowohl großer als auch kleiner Proben mit hoher Auflösung in einer Kammer 4 bzw. in einer Kammer 5. Diese Ausbildung des Elektronenmikroskops hat jedoch aufgrund der Anordnung der zur Aufnahme der großen Probe vor gesehenen Kammer 4 über der die kleine Probe aufnehmenden Kammer 5 verschiedene Nachteile. Der Einbau von Zusatzvorrich tungen, z. B. eines Röntgenstrahlspektrometers, zusätzlich zur Probenbühne 1 in der großvolumigen Kammer 4 führt zu einem relativ hoch gelegenen Schwerpunkt und damit zu Instabilitäten und Vibrationsanfälligkeiten. Bei Benutzung der kleineren Kammer 5 muß auch die größere Kammer 4 evakuiert werden, ob wohl sie unbenutzt ist. Die Montage zusätzlicher Linsen unter halb der Objektivlinse 8 bereitet Schwierigkeiten mit der Folge funktioneller Beschränkungen hinsichtlich des Kontrasts, der Auflösung und der Empfindlichkeit. A known scanning electron microscope of the type mentioned in the beginning of FIG. 2 enables both large and small samples to be observed with high resolution in a chamber 4 or in a chamber 5 . This design of the electron microscope, however, has various disadvantages due to the arrangement of the chamber 4 for receiving the large sample in front of the chamber 5 receiving the small sample. The installation of additional devices, e.g. B. an X-ray spectrometer, in addition to the sample stage 1 in the large-volume chamber 4 leads to a relatively high center of gravity and thus to instabilities and susceptibility to vibrations. When using the smaller chamber 5 , the larger chamber 4 must also be evacuated, whether it is unused. Mounting additional lenses under half of the objective lens 8 creates difficulties with the consequence of functional restrictions in terms of contrast, resolution and sensitivity.

Aus der US-PS 41 21 100 ist ein Elektronenmikroskop bekannt, das als Durchstrahlungsmikroskop für eine erste Probe oder als Abtastmikroskop für eine im Strahlengang hinter der ersten liegenden zweiten Probe betrieben werden kann. Die erste Probe ist zwischen den Magnetpolen einer Objektivlinse angeordnet, während bei Betrieb als Abtastelektronenmikroskop die zweite Probe in Strahlrichtung hinter einer Projektionslinse angeord net ist. Im Durchstrahlungsbetrieb werden zur Abbildung der ersten Probe die Objektivlinse auf Höhe der ersten Probe, eine Zwischenlinse und die Projektionslinse benötigt. Im Abtastbe trieb dagegen werden zur Abbildung der zweiten Probe minde stens die Zwischenlinse und die als Objektivlinse wirkende Pro jektionslinse verwendet.From US-PS 41 21 100 an electron microscope is known that as a transmission microscope for a first sample or as Scanning microscope for one behind the first in the beam path lying second sample can be operated. The first rehearsal is arranged between the magnetic poles of an objective lens, while the second when operating as a scanning electron microscope Sample arranged in the beam direction behind a projection lens is not. In radiographic mode, the first sample, the objective lens at the level of the first sample, a Intermediate lens and the projection lens needed. In the scan area on the other hand, minds are used to image the second sample least the intermediate lens and the Pro, which acts as an objective lens injection lens used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abtastelektro nenmikroskop zur Verfügung zu stellen, bei dem mit zwei Probenbühnen die wahlweise Betrachtung von Proben geringer und erheblicher Größen bei einer vorgegebenen Auflösung ermöglicht wird, wobei unerwünschte Vibrationen unschädlich gemacht sind.The invention has for its object a scanning electro to provide a microscope, where with two sample stages the optional consideration of Samples of small and large sizes at one predetermined resolution is made possible, undesirable Vibrations are made harmless.

Bei einem Abtastelektronenmikroskop der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß das kennzeich nende Merkmal des Anspruchs 1 vorgesehen.In a scanning electron microscope of the type mentioned is according to the invention to solve this problem nende feature of claim 1 provided.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Developments of the invention are characterized in the subclaims.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigtExemplary embodiments of the invention are described below the drawing explained in more detail. In the drawing shows

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht durch ein bekanntes Abtastelektronenmikroskop; Figure 1 is a vertical sectional view through a known scanning electron microscope.

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht durch ein anderes bekanntes Abtastelektronenmikroskop; Figure 2 is a vertical sectional view through another prior art scanning electron microscope.

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht durch ein Ausfüh rungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastelektro nenmikroskops mit zwei Probentischen; Fig. 3 is a vertical sectional view through an exemplary embodiment of the scanning electron microscope according to the invention with two sample tables;

Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtast elektronenmikroskops; Fig. 4 is a vertical sectional view through a second embodiment of the scanning electron microscope according to the invention;

Fig. 5 eine vertikale Schnittansicht durch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtast elektronenmikroskops; und Figure 5 is a vertical sectional view through a third embodiment of the scanning electron microscope according to the invention. and

Fig. 6 eine vertikale Schnittansicht durch ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtast elektronenmikroskops. Fig. 6 is a vertical sectional view through a fourth embodiment of the scanning electron microscope according to the invention.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastelektronenmikroskops mit einem elektronenoptischen System, das eine Elektronenkanone 10, Fokussierlinsen 11 und 12, eine erste Ablenkspule 13, eine zweite Ablenkspule 14, einen ersten Sekundärelektronendetektor 15 für eine Probe geringer Größe, eine erste Objektivlinse 16 zur Beobachtung der Probe geringer Größe, eine erste Proben bühne 17 zur Halterung der Probe geringer Größe, eine zweite Objektivlinse 18 zur Beobachtung einer großen Probe, einen zweiten Sekundär elektronendetektor 19 für die große Probe und eine zweite Probenbühne 20 für die große Probe aufweist. Ein von der Elektronenkanone 10 emittiertes Elektronenstrahlbündel wird durch die Fokussierlinsen 11 und 12 fokussiert und von den ersten und zweiten Ablenkspulen 13 und 14 derart abgelenkt, daß eine zweidimensionale Abtastung der Probe mit dem Elektronenstrahlbündel erzielt wird. Der von den ersten und zweiten Ablenkspulen 13 und 14 abgelenkte Elektronen strahl wird von der ersten Objektivlinse 16 oder der zweiten Objetivlinse 18 auf die Probe weiter fokussiert, so daß sich ein Elektronenstrahlbündel-Durchmesser der Größenordnung von 10 nm auf einer Oberfläche der Probe ergibt. Von der Ober fläche der Probe aufgrund der Abtastung durch das Elektronen strahlbündel emittierte Sekundärelektronen werden von dem ersten oder zweiten Sekundärelektronendetektor 15 oder 19 wahrgenommen und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgesetzt, das verstärkt oder verarbeitet wird, um ein zweidimensionales Bild auf einer Kathodenstrahlröhre (CRT) o. dgl. entsprechend der zuvor beschriebenen zweidimensionalen Abtastung wiederzugeben. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugs zeichen 21 eine Blende für die Fokussierungslinsen 11 und 12, 22 bezeichnet eine Blende für die zweite Objektiv linse, 23 bezeichnet eine Probenkammer zum Einsetzen der kleinen Probe, 24 bezeichnet eine Probenkammer für die große Probe, und die Bezugszeichen 25, 26 und 27 bezeichnen jeweils Evakuierungsöffnungen. Fig. 3 shows a longitudinal section through an embodiment of the scanning electron microscope of the present invention with an electron-optical system, an electron gun 10, focusing lenses 11 and 12, a first deflection coil 13, a second deflection coil 14, a first secondary electron detector 15 for a low sample size, a first objective lens 16 for observation of the sample of small size, a first sample stage 17 for holding the sample of small size, a second objective lens 18 for observation of a large sample, a second secondary electron detector 19 for the large sample and a second sample stage 20 for the large sample. An electron beam emitted by the electron gun 10 is focused by the focusing lenses 11 and 12 and deflected by the first and second deflection coils 13 and 14 in such a way that a two-dimensional scanning of the sample with the electron beam is achieved. The electron beam deflected by the first and second deflection coils 13 and 14 is further focused on the sample by the first objective lens 16 or the second objective lens 18 , so that an electron beam diameter of the order of 10 nm results on a surface of the sample. Secondary electrons emitted from the surface of the sample due to scanning by the electron beam are perceived by the first or second secondary electron detector 15 or 19 and converted into a corresponding electrical signal, which is amplified or processed to produce a two-dimensional image on a cathode ray tube (CRT). o. The like. To reproduce according to the previously described two-dimensional scanning. In Fig. 3, reference numeral 21 denotes an aperture for the focusing lenses 11 and 12 , 22 denotes an aperture for the second objective lens, 23 denotes a sample chamber for inserting the small sample, 24 denotes a sample chamber for the large sample, and the reference numerals 25 , 26 and 27 denote evacuation openings , respectively.

Aus Fig. 3 ist zu sehen, daß die erste Objektivlinse 16 zur Beobachtung der Probe geringer Größe über der zweiten Objektivlinse 18 zur Beobachtung der großen Probe angeordnet ist und daß die erste Probenbühne 17 für die kleine Probe in der Probenkammer 23 angeordnet ist, die zwischen den Magnetpolen der ersten Objektivlinse 16 gebildet ist. Unmittelbar über der Probenkammer 23 für die kleine Probe ist ein erster Sekundärelektronendetektor 15 angeordnet, der zur Bestimmung der Sekundärelektronen dient, welche von der abgetasteten Oberfläche der auf der ersten Probenbühne 17 angeordneten Probe emittiert werden.From Fig. 3 it can be seen that the first objective lens 16 for observing the small size sample is arranged above the second objective lens 18 for observing the large sample and that the first sample stage 17 for the small sample is arranged in the sample chamber 23 which is between the magnetic poles of the first objective lens 16 is formed. Immediately above the sample chamber 23 for the small sample is a first secondary electron detector 15 , which is used to determine the secondary electrons emitted by the scanned surface of the sample arranged on the first sample stage 17 .

Andererseits liegt die zweite Objektivlinse 18 zur Beobach tung der großen Probe unter der ersten Objektivlinse 16.On the other hand, the second objective lens 18 is under the first objective lens 16 for observation of the large sample.

Die Probenkammer 24 zur Aufnahme der großen Probe ist unter der zweiten Objektivlinse 18 angeordnet. Die zweite Probe bühne 20 zur Halterung der großen Probe ist in der zweiten Probenkammmer 24 in der Nähe der Brennebene der zweiten Objektivlinse 18 angeordnet, während der zweite Sekundär elektronendetektor 19 zur Bestimmung der von der abge tasteten Oberfläche der großen Probe 28 emittierten Sekundärelektronen an einer Seite der zweiten Proben bühne 20 angeordnet ist. Das zuvor mit den verschiedenen Komponenten beschriebene elektronenoptische System genießt eine hohe Stabilität aufgrund der Tatsache, daß die zur Aufnahme der großen Probe dienende Probenkammer 24 im Bodenabschnitt der elektronenoptischen Säule angeordnet ist und der Schwerpunkt des gesamten Abtastelektronenmikroskops relativ niedrig liegt.The sample chamber 24 for receiving the large sample is arranged under the second objective lens 18 . The second sample stage 20 for holding the large sample is arranged in the second sample chamber 24 near the focal plane of the second objective lens 18 , while the second secondary electron detector 19 for determining the secondary electrons emitted by the scanned surface of the large sample 28 on one side the second sample stage 20 is arranged. The electron optical system previously described with the various components enjoys high stability due to the fact that the sample chamber 24 serving to receive the large sample is arranged in the bottom section of the electron optical column and the center of gravity of the entire scanning electron microscope is relatively low.

Zur Beobachtung einer Probe geringer Größe werden die erste Objektivlinse 16, die erste Probenbühne 17 und der Sekundärelektronendetektor 15 verwendet. In diesem Falle ist die zu untersuchende Probe im Mittelpunkt des von der ersten Objektivlinse 16 erzeugten Magnetfelds angeordnet, wodurch es möglich wird, die Probe mit einer wesentlich verringerten Aberration des elektronenoptischen Linsensystems zu beobachten.The first objective lens 16 , the first sample stage 17 and the secondary electron detector 15 are used to observe a small size sample. In this case, the sample to be examined is arranged in the center of the magnetic field generated by the first objective lens 16 , which makes it possible to observe the sample with a substantially reduced aberration of the electron-optical lens system.

Außerdem braucht die erste Probenbühne 17 nicht über einen großen Bereich verschoben oder eingestellt zu werden. Dementsprechend ist auch der Probentisch gegen Vibrationen weitgehend unempfindlich, so daß eine genaue Positionsein stellung der Probe mit hoher Genauigkeit und dadurch ein Bild hoher Auflösung erzielt werden kann.In addition, the first sample stage 17 need not be moved or adjusted over a large area. Accordingly, the sample table is largely insensitive to vibrations, so that an exact position position of the sample can be achieved with high accuracy and thereby a high-resolution image.

Wenn eine große Probe 28 beobachtet werden soll, so werden die zweite Objektivlinse 18, die zweite Probenbühne 20 und der zweite Sekundärelektronendetektor 19 verwendet. In diesem Falle ist es möglich, das Bild der großen Probe durch Abtastung mit dem Elektronenstrahl in ähnlicher Weise wie bei einem herkömmlichen Abtastelektronenmikroskop zu beobachten. Zuvor ist natürlich die erste Probenbühne 17 zu entfernen und die Stromquelle von der ersten Objektiv linse auf die zweite Objektivlinse 18 umzuschalten.If a large sample 28 is to be observed, the second objective lens 18 , the second sample stage 20 and the second secondary electron detector 19 are used. In this case, it is possible to observe the image of the large sample by scanning with the electron beam in a manner similar to that of a conventional scanning electron microscope. Of course, the first sample stage 17 must be removed beforehand and the current source switched from the first objective lens to the second objective lens 18 .

Fig. 4 zeigt eine vertikale Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel des beschriebenen Abtastelektronenmikroskops. FIG. 4 shows a vertical sectional view through a second exemplary embodiment of the scanning electron microscope described.

Das Elektronenmikroskop gemäß Fig. 4 unter scheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 3 in erster Linie darin, daß eine dritte Ablenkspule 29 zwischen der ersten Objektivlinse 16 und der zur Beobachtung einer großen Probe 28 dienenden zweiten Objektivlinse 18 angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß bei Beobachtung einer großen Probe bei schwacher Vergrößerung durch das in Fig. 3 gezeigte Abtastelektronenmikroskop der Strahlengang des durch die zweite Ablenkspule 14 abgelenkten Elektronen strahls möglicherweise vom Zentrum der ersten Objektiv linse 16 abgelenkt werden kann, wodurch sich eine merklich große Aberration ergeben kann, oder daß der Elektronenstrahl von dem inneren Umfangsabschnitt der ersten Objektivlinse unterbrochen wird, wodurch es unmöglich wird, die Oberfläche der großen Probe 28 abzutasten, da die zweite Probenbühne 20 von der zweiten Ablenkspule 14 weit beabstandet ist. Um diesem Problem zu begegnen, ist eine dritte Ablenkspule 29 an einer Zwischenstellung zwischen der ersten Objektiv linse 16 und der zweiten Objektivlinse 18 bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 4 angeordnet, so daß der Elektronenstrahl durch das Zentrum der ersten Objektivlinse 16 treten kann. Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 ist es möglich, ein abgetastetes Bild einer großen Probe 28 mit verringerter Aberration zu gewinnen. Es hat sich tatsächlich gezeigt, daß die Aberration auf ein Zehntel derjenigen bei einer Anordnung ohne die Ablenkspule 29 reduziert werden kann. Ein Umschalter ist zum selektiven Umschalten der Stromversorgung zu den ersten, zweiten und dritten Ablenkspulen (13, 14 und 29) vorgesehen.The primary difference between the electron microscope according to FIG. 4 and that according to FIG. 3 is that a third deflection coil 29 is arranged between the first objective lens 16 and the second objective lens 18 which is used to observe a large sample 28 . In this connection, it should be noted that when a large specimen is observed at a low magnification by the scanning electron microscope shown in FIG. 3, the beam path of the electron beam deflected by the second deflection coil 14 can possibly be deflected from the center of the first objective lens 16 , whereby a may result in significantly large aberration, or that the electron beam is interrupted by the inner peripheral portion of the first objective lens, making it impossible to scan the surface of the large sample 28 because the second sample stage 20 is far from the second deflection coil 14 . In order to counter this problem, a third deflection coil 29 is arranged at an intermediate position between the first objective lens 16 and the second objective lens 18 in the exemplary embodiment according to FIG. 4, so that the electron beam can pass through the center of the first objective lens 16 . In the arrangement of Fig. 4, it is possible to obtain a scanned image of a large sample 28 with reduced aberration. In fact, it has been found that the aberration can be reduced to a tenth of that in an arrangement without the deflection coil 29 . A switch is provided for selectively switching the power supply to the first, second and third deflection coils ( 13 , 14 and 29 ).

Fig. 5 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein drittes Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastelektronenmikroskops, bei dem ein Absperrventil 31 im Elektronenstrahldurchgang 30 zwischen den Probenkammern 23 und 24 angeordnet ist. Es ist leicht einzusehen, daß die Probenkammer 24 für große Proben einen unbenutzten Freiraum darstellt, wenn eine Probe geringer Größe unter Verwendung der ersten Probenbühne beobachtet wird. Wenn daher die zweite Probenkammer 24 bei Beobachtung einer kleinen Probe zusammen mit der Probenkammer 24 auf ein vor gegebenes Vakuum evakuiert werden muß, so geht eine größere Zeit für die Evakuierung verloren. Darüberhinaus ist der hohe Vakuumpegel innerhalb der Probenkammer 23 für die kleine Probe deshalb nicht leicht herzustellen, da Gas aus den Innen wänden der Probenkammer 24, dem Röntgenspektrometer und anderen Zusatzgeräten in die Kammer 23 für kleine Proben emittiert wird. Hier schafft das Absperrventil 31 Abhilfe, das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 als Gasstrom sperre wirkt. Bei Einbau des Absperrventils 31 kann der Elektronenstrahldurchgang 30 bei der Beobachtung der Probe geringer Größe unterbrochen werden, so daß nur der Raum ober halb der ersten Objektivlinse 16 evakuiert zu werden braucht. Das Absperrventil 31 kann durch eine Betätigungsvorrichtung 32 selektiv betätigt werden. Zur Absperrung des Gasstroms können auch andere Geräte als das in Fig. 5 dar gestellte Absperrventil 31 verwendet werden. So kann bei spielsweise eine zylindrische Blende mit einer Länge von 20 mm und einem Innendurchmesser von 1 mm im Elektronenstrahl durchlaß 30 montiert werden. In diesem Fall ist der Durchlaß 30 nicht hermetisch abgeschlossen. Ein entsprechender Strom beschränkungseffekt kann jedoch aufgrund der Tatsache erzielt werden, das gasförmige Moleküle bei einem Vakuumpegel von mehr als 10^-3 mbar lineare Bewegungen ausführen. Fig. 5 shows a vertical section through a third example of the scanning electron microscope from the guide according to the invention, in which a shut-off valve 31 is disposed in the electron beam passage 30 between the sample chambers 23 and 24. It is easy to see that the sample chamber 24 represents a wasted space for large samples when a small size sample is observed using the first sample stage. Therefore, when the second sample chamber 24 must be evacuated when observing a small sample together with the sample chamber 24 prior to a given vacuum is lost so a greater time for evacuation. In addition, the high vacuum level within the sample chamber 23 for the small sample is not easy to produce because gas is emitted from the inner walls of the sample chamber 24 , the X-ray spectrometer and other accessories into the chamber 23 for small samples. The shut-off valve 31 provides a remedy here, which acts as a gas flow barrier in the exemplary embodiment according to FIG. 5. When the shut-off valve 31 is installed , the electron beam passage 30 can be interrupted when observing the small-sized sample, so that only the space above the first objective lens 16 needs to be evacuated. The shut-off valve 31 can be operated selectively by an operating device 32 . To shut off the gas flow, other devices than the shut-off valve 31 shown in FIG. 5 can be used. For example, a cylindrical aperture with a length of 20 mm and an inner diameter of 1 mm can be mounted in the electron beam passage 30 . In this case the passage 30 is not hermetically sealed. A corresponding current limiting effect can, however, be achieved due to the fact that gaseous molecules perform linear movements at a vacuum level of more than 10 ^-3 mbar.

Fig. 6 zeigt in einer vertikalen Schnittansicht ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Abtastelektronenmikroskops, bei dem eine Miniaturlinse 18′ als zweite Objektivlinse verwendet wird. Mit dem Ausdruck "Miniaturlinse" ist eine kleine Linse gemeint, in der eine Ablenkspule integriert ist. Dagegen hat die normale Objektivlinse einen Durchmesser von 15 bis 20 cm. Wie oben gesagt, muß eine große Probe 28 häufig über einen weiten Bereich bewegt werden, wobei es erwünscht ist, einen möglichst großen Raum um die zweite Probe verfügbar zu haben. Wenn eine Röntgen strahl-Spektralanalyse einer Probe unter Verwendung eines Röntgenstrahlspektrometers durchgeführt werden soll, so muß die Probe 28 so nahe wie möglich an die Objektivlinse heran gerückt werden, um einen großen Röntgenstrahl-Austritts winkel relativ zur Probenoberfläche zu gewährleisten. Diese Bedingungen können durch Verwendung der Miniaturlinse als zweite Objektivlinse erfüllt werden. Fig. 6 shows a vertical sectional view of a fourth embodiment of the scanning electron microscope according to the invention, in which a miniature lens 18 'is used as the second objective lens. The term "miniature lens" means a small lens in which a deflection coil is integrated. In contrast, the normal objective lens has a diameter of 15 to 20 cm. As stated above, a large sample 28 often has to be moved over a wide area, and it is desirable to have as large a space as possible around the second sample. If an X-ray spectral analysis of a sample is to be performed using an X-ray spectrometer, the sample 28 must be moved as close as possible to the objective lens in order to ensure a large X-ray exit angle relative to the sample surface. These conditions can be met by using the miniature lens as the second objective lens.

Bei dem beschriebenen Abtastelektronenmikroskops ist der Schwerpunkt der elektronenoptischen Säule relativ weit unten, so daß eine hohe Stabilität sowie eine relative Unempfindlichkeit gegen Vibrations einflüsse und damit eine hohe Bildauflösung erzielt werden. Durch Schaffung einer Gasstrombegrenzung zwischen der Proben kammer 23 für die kleine Probe und der Probenkammer 24 für die große Probe läßt sich die zur Evakuierung der Probenkammer 23′ auf einen vorgegebenen Vakuumpegel benötigte Zeit für die Beobachtung der kleinen Probe ganz wesentlich verringern. Da die Kammer 24 unter der der Beobachtung der kleinen Probe dienenden Kammer 23 vorgesehen ist, ist der die kleine Probe ab tastende Elektronenstrahl keinen Einflüssen äußerer Magnet felder ausgesetzt, welche anderenfalls durch die zur Auf nahme der große Probe dienenden Kammer 24 eindringen könnten. Wegen der Anordnung der zweiten Objektivlinse 18 unter der ersten Objektivlinse 16 kann ein Abtastdurchstrahlungsbild (STEM Bild) einer auf dem ersten Probentisch 17 angebrachten Probe durch die zweite Objektivlinse 18 beobachtet werden. Wenn die zweite Objektiv linse durch die Miniaturlinse gebildet wird, kann der zur Einstellbewegung einer Probe in der Probenkammer 24 verfüg bare Raum vergrößert werden, während die Herstellungskosten verringert werden.In the scanning electron microscope described, the focus of the electron-optical column is relatively far below, so that a high stability and a relative insensitivity to vibration influences and thus a high image resolution can be achieved. By creating a gas flow limitation between the sample chamber 23 for the small sample and the sample chamber 24 for the large sample, the time required for the evacuation of the sample chamber 23 'to a predetermined vacuum level can be reduced significantly for the observation of the small sample. Since the chamber 24 is provided under the chamber 23 used to observe the small sample, the scanning of the small sample is not exposed to the influences of external magnetic fields, which could otherwise penetrate through the chamber 24 used to accommodate the large sample. Because of the arrangement of the second objective lens 18 under the first objective lens 16 , a scanning transmission image (STEM image) of a sample attached to the first sample table 17 can be observed through the second objective lens 18 . If the second objective lens is formed by the miniature lens, the space available for the adjustment movement of a sample in the sample chamber 24 can be increased while the manufacturing cost is reduced.

Claims

1. scanning electron microscope with an electron gun ( 10 ), a first objective lens ( 16 ) for observing a sample of small size, a second objective lens ( 18 ; 18 ') for observing a large sample, a first sample stage ( 17 ) near the first objective lens ( 16 ) is arranged and holds the small sample between the magnetic poles of the first objective lens ( 16 ), a second sample stage ( 20 ), seen in the beam direction behind the second objective lens ( 18 ; 18 ') for holding the large sample at one point is arranged near the focal plane of the second objective lens ( 18 ; 18 ′), and with means for the selective or alternating observation of the small and the large sample, characterized in that the first objective lens ( 16 ) seen in the beam direction in front of the second objective lens ( 18 ; 18 ') is arranged.

2. scanning electron microscope according to claim 1, characterized in that an additional deflection coil ( 29 ) between the first objective lens ( 16 ) and the second objective lens ( 18 ; 18 ') is arranged.

3. scanning electron microscope according to claim 1 or 2, characterized in that a device for restricting the gas flow between the first sample stage ( 17 ) and the second sample stage ( 20 ) is arranged.

4. scanning electron microscope according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second objective lens is formed by a miniature lens ( 18 ').